基于裂变反应的CVD金刚石快中子探测器研究

探索基于CVD金刚石探测器件和强放射性裂变材料Np-237的裂变中子探测技术。Np-237具有0.4MeV较理想的裂变阈值和对中子平坦的能量响应，是裂变中子探测的理想材料，但其α粒子放射性比U-235高出约3个量级，传统Si探测元件无法承受，一直无法用于实际探测。利用CVD金刚石探测器低噪声，耐辐照，不易老化以及响应时间快，无死层，体积小等优点，研究基于大面积单晶CVD金刚石探测器和Np-237的裂变脉冲中子探测方法。本课题将从金刚石探测器对α粒子、X、γ射线和裂变碎片耐辐照性能、能量和时间响应等辐射特性研究入手，通过系统的理论模拟和实验研究，研制基于Np-237和单晶CVD金刚石探测器的裂变中子通量探测系统，为低强度脉冲裂变中子通量准确监测奠定基础，建立既有理想裂变阈值，又有很好能量响应的基于Np-237的强中子、γ混合场裂变中子探测技术。

Np-237具有较理想的裂变阈值和对中子平坦的能量响应，是裂变中子探测的理想材料，但其α粒子放射性比U-235高出约3个量级，传统Si探测元件无法承受，一直无法用于实际探测。利用CVD金刚石探测器低噪声，耐辐照，不易老化以及响应时间快，无死层，体积小等优点，研究基于大面积单晶CVD金刚石探测器和Np-237的裂变脉冲中子探测方法。. 在本项目的支持下研制了单晶CVD金刚石探测器获得了电流型的辐射探测器，其具暗电流仅为pA量级，噪声为亚pA量级，伏安曲线具有良好的线性，说明探测器形成良好的欧姆接触。在稳态γ辐射场下，单晶CVD金刚石探测器具有较高的信噪比以及稳定性。在脉冲X射线辐射场下，单晶CVD金刚石探测器脉冲响应半高宽为2ns，较硅探测器快。单晶CVD金刚石探测器对α粒子能谱具有较高的能量分辨率。由于探测器有效面积小（晶体尺寸较大），使得其对裂变靶裂变碎片的测量效率低。基于U-235裂变靶测量时，由于热中子引起干扰信号少，能够对裂变碎片信号进分辨。基于Np-237裂变靶测量时，低能噪声高，干扰反应多，导致裂变碎片信号难以分辨，测量较为不理想，需要进一步基于大面积的单晶CVD金刚石探测器开展该项研究。. 本课题从CVD金刚石探测器对α粒子、X、γ射线和裂变碎片测量，耐辐照性能、脉冲时间响应等方面入手，系统的理论模拟和实验研究，为CVD金刚石探测器应用奠定基础。由于耐辐照性能强、脉冲响应时间快、暗电流及噪声低的特点，用于西安脉冲堆脉冲辐射场注量率与时间关系的测量工作。